JP2021036294A - 液晶デバイスの表示色初期化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】強誘電性液晶を用いた液晶デバイスの表示色を一様に揃える初期化を素早く行う表示色初期化方法を提供する。【解決手段】液晶デバイスは、マトリクス状に配置される複数の画素電極７と画素電極７をそれぞれ駆動するスイッチング素子とが形成される下部電極基板５と、下部電極基板５に対向する透明電極が透光性基板に形成された上部電極基板と、下部電極基板５と上部電極基板との間に封入された強誘電性液晶と、を備える。この液晶デバイスの表示色初期化方法は、すべての画素電極７のうちの一部の予め定められた代表の画素電極１７を選択する画素選択ステップと、スイッチング素子の耐電圧値より大きな第１電圧値を上部電極基板に印加しながら、選択された画素電極１７に接地電圧を印加することで、選択された画素電極１７および当該画素電極１７に隣接する画素電極７による表示色を揃える電圧印加ステップと、を行う。【選択図】図７

Description

本発明は、液晶デバイスの表示色初期化方法に係り、特に、強誘電性液晶を用いた液晶デバイスの表示色初期化方法に関する。

従来、液晶表示装置は、テレビやパーソナルコンピュータをはじめとする、様々なディスプレイ装置として実用化されてきた。近年では、４Ｋ（画素数３８４０×２１６０）や８Ｋ（画素数７６８０×４３２０）の高精細液晶ディスプレイの開発も行われている。また、ＶＲ（virtual reality）やＡＲ（Augmented Reality）など新たな映像サービスの高画質化や、インテグラル方式やホログラフィー方式などの立体映像表示の実用化のためには、液晶表示装置のさらなる高精細化が求められる。なお、液晶パネルに用いられる液晶材料としては例えばネマティック液晶や強誘電性液晶等があり、高速応答が可能な強誘電性液晶（ＦＬＣ：Ferroelectric Liquid Crystal）を用いた液晶表示装置も知られている（特許文献１〜３参照）。

また、液晶表示装置は、空間光変調器（ＳＬＭ：Spatial Light Modulator）として利用することもできる。ＳＬＭは、光変調素子を２次元のマトリクス上に配列させ、光の位相や振幅などを空間的に変調するものである。従来、ＳＬＭには、液晶デバイスやデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）などが用いられてきた。液晶デバイスとしては、シリコンバックプレーンを用いた反射型ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）が知られている。シリコンバックプレーンは、シリコン（Ｓｉ）基板上に形成されたそれぞれの画素（画素電極）に、画素選択用のトランジスタ駆動回路を内蔵している。反射型ＬＣＯＳは、ＤＭＤに比べて高精細化に適しているものの、その画素ピッチは３．５μｍ程度にとどまっているのが現状である。

立体映像方式の１つであるホログラフィー方式は、被写体からの光の波面を記録・再生する方式であり、理想的な空間像を再現することができる利点があるものの、ホログラムパターンを表示するディスプレイであるＳＬＭには多数の画素数を必要としている。そのため、液晶表示装置をホログラフィー方式のＳＬＭに利用する場合（非特許文献１参照）、立体像を視認できる角度、視野角を広くするためには、ＳＬＭの画素ピッチを可視光の波長（３６０〜８３０ｎｍ）程度まで小さくする必要がある。例えば、視野角を３０°程度にする場合に、画素ピッチは１μｍ程度にしなければならない。

特開２００８−０７０４８５号公報 特開２００８−２３３７７５号公報 特開２０１２−２０８１９７号公報

A. Georgiou et al, "Liquid crystal over silicon device characteristics for holographic projection of high-definition television images", 2008

液晶表示装置をホログラフィー方式のＳＬＭに利用するために、前記したＬＣＯＳに比べて画素ピッチを狭ピッチにした液晶デバイスを想定した場合、画素が小さくなるほど、ディスプレイの画素数は増え、１０Ｋディスプレイでもディスプレイサイズは１〜２ｃｍ程度となることが試算される。この膨大な画素を一度に制御することができれば、高速書き込みが可能となり、画素の多いディスプレイでもフレームレートを気にすることなく動画を表示することができる。

動画表示は、高精細なＳＬＭに表示するホログラムパターンを次々に書き換えることで行うことができる。その際、ＳＬＭに用いる液晶が、例えばネマティック液晶の場合、先に書き込んだものが書き込み中に消失していく不都合があるが、高速応答が可能な強誘電性液晶ならば、そのような不都合はない。ただし、ＳＬＭの表示を次々に書き換えるとは、ＳＬＭに表示された１枚目のパターンの書き込み、この１枚目のパターンの消去（初期化）、２枚目のパターンの書き込み、２枚目のパターンの消去、といった連続的な処理を行うことを意味する。ＳＬＭに一旦表示したパターンの消去（初期化）とは、ＳＬＭの画素の表示色を一様に例えば黒色に揃えることである。この初期化は、マトリクス状に配置された各画素電極の１つ１つに選択的に電圧を印加してすべての画素電極上の強誘電性液晶の液晶分子を同じ向きに回転させることで実現できる。ただし、この方法では初期化に時間がかかるという問題があった。

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、強誘電性液晶を用いた液晶デバイスの表示色を一様に揃える初期化を素早く行う表示色初期化方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本願発明者らは、バックプレーンと透明な上部電極基板との間に強誘電性液晶を封入した液晶デバイスの表示色初期化方法において種々検討を行った。その結果、バックプレーンの対象の画素を接地しながら上部電極基板全体に高電圧を印加したときに、対象の画素だけでなく複数画素を含む広い領域を一度に初期化できることを見出した。
そこで、本発明に係る液晶デバイスの表示色初期化方法は、マトリクス状に配置される複数の画素電極と前記画素電極をそれぞれ駆動するスイッチング素子とが形成される下部電極基板と、前記下部電極基板に対向する透明電極が透光性基板に形成された上部電極基板と、前記下部電極基板と前記上部電極基板との間に封入された強誘電性液晶とを備える液晶デバイスの表示色を一様に揃える初期化を行う液晶デバイスの表示色初期化方法であって、前記マトリクス状に配置されるすべての画素電極のうちの一部の予め定められた代表の画素電極を選択する画素選択ステップと、前記スイッチング素子の耐電圧値より大きな第１電圧値を前記上部電極基板に印加しながら選択された画素電極に接地電圧を印加することで、前記選択された画素電極および当該画素電極に隣接する画素電極による表示色を白黒２値のうちの予め定められた一方の色に揃える電圧印加ステップと、を行うこととした。

本発明は、以下に示す優れた効果を奏するものである。
液晶デバイスの表示色初期化方法によれば、今後ホログラフィー用液晶ディスプレイなど１００００×１００００を超える多数の画素を持つディスプレイの表示色を初期化する際、動作させる画素電極を少なくしても、隣接画素電極を含めた広い領域上に配置された広域の強誘電性液晶を一方向に揃え、液晶ディスプレイの表示色を初期化することが可能となる。

本実施形態に係る液晶デバイスの表示色の初期化方法を模式的に示す概念図である。 図１の液晶デバイスを模式的に示す上面図である。 図２の液晶デバイスにおける下部電極基板を模式的に示す上面図である。 図３の下部電極基板に形成されている画素群領域の模式図である。 図２のＶ−Ｖ線断面における液晶デバイスを示す模式図である。 シミュレーションの結果を示す説明図であって、（ａ）は５μｍ画素ピッチの場合、（ｂ）は１μｍ画素ピッチの場合をそれぞれ示している。 液晶デバイスの表示色が初期化された領域の一例を模式的に示す上面図である。 液晶デバイスの表示色が初期化された領域の一例を模式的に示す断面図である。 アクティブマトリクス駆動方式の液晶デバイスの一例を模式的に示す回路構成図である。 液晶デバイスの表示色が初期化された領域の他の例を模式的に示す断面図である。 アクティブマトリクス駆動方式の液晶デバイスの他の例を模式的に示す回路構成図である。

［液晶デバイスの構成］
まず、液晶デバイスの構成について図１〜図５を参照して説明する。なお、各図面に示される部材のサイズや位置関係は、説明を明確にするため誇張していることがある。
図１に示す液晶デバイス１２は、例えば駆動装置１４からの制御信号にしたがって動作するように構成されている。また、液晶デバイス１２には、駆動装置１４から電源を供給する電源ケーブル１が接続されている。

図２に示すように、液晶デバイス１２は、主として、上部電極基板３と、強誘電性液晶４と、下部電極基板５と、を備えている。
上部電極基板３は、下部電極基板５に対向する透明電極が透光性基板に形成されてなる。透明電極は上部電極として機能する。透明電極材料としては、酸化インジウム・酸化亜鉛（ＩＺＯ）、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、アンチモンドープ酸化スズ（ＡＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ₂）等が挙げられ、また、これらの膜を２種類以上積層してもよい。
透光性基板の材料としては、例えばＳｉＯ₂（酸化ケイ素、ガラス）、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、サファイア、ＧＧＧ（ガドリニウムガリウムガーネット）等が挙げられる。上部電極基板３には、例えば駆動装置１４から電源ケーブル１を介して電圧が面全体に印加される。

強誘電性液晶４は、下部電極基板５と上部電極基板３との間に封入されている。強誘電性液晶４は、ある閾値以上の電圧が印加された場合に高速応答するという特徴がある。強誘電性液晶４は、下部電極基板５と上部電極基板３との間に設置されたスペーサー１０によって密封されている。

下部電極基板５は、マトリクス状に配置される複数の画素電極７と、画素電極７をそれぞれ駆動するスイッチング素子１１と、が形成されている。
下部電極基板５は、例えばシリコンウェハを基台としてその上に、スイッチング素子１１、画素電極７、配線、およびそれらを絶縁する図示しない絶縁層を備えている。
各画素電極７は、下部電極として機能する。画素電極７および配線の材料としては、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｗなどの金属を用いることができる。図示しない絶縁層としては例えばＳｉＯ_２やＡｌ₂Ｏ₃等の酸化膜や、Ｓｉ₃Ｎ₄やＭｇＦ₂等を用いることができる。
上面視において、下部電極基板５の水平方向の両端部には、それぞれ複数のボンディングパッド２が形成されている。ボンディングパッド２は、電極パッドであって、駆動装置１４のプローブ１３が接合される。ボンディングパッド２の材料としては、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｗなどの金属を用いることができる。

また、図３に示すように、下部電極基板５の中央の広い領域には画素群領域６が形成されている。ここで、画素群領域６とは、複数の画素電極７が配置された領域であって、スイッチング素子１１、配線、およびそれらを絶縁する図示しない絶縁層と共に配置された領域全体を意味する。
スイッチング素子１１は、画素選択用のスイッチング素子であり、例えば電界効果型トランジスタである。以下では、スイッチング素子１１のことをトランジスタ１１と表記する。

液晶デバイス１２は、アクティブマトリクス（ＡＭ：Active-Matrix）駆動方式で動作する。駆動装置１４は、液晶デバイス１２の特定の画素を選択するためにトランジスタ１１を駆動させる機能を有している。駆動装置１４は、液晶デバイス１２に表示する画像に対して、動作させたい画素電極７を駆動させるような制御信号を生成し、プローブ１３を通じてボンディングパッド２に出力する。
以下では、液晶デバイス１２の下部電極基板５は、一例として、１画素１μｍ×２μｍピッチで１００００×１００００画素数を有するＡＭ駆動バックプレーンで構成されるものとして説明する。なお、説明の都合上、各図面に一部の画素のみ図示している。

図４は、ＡＭ駆動バックプレーンの回路構成の模式図であって、図３に上面視で示す画素群領域６に相当する模式図である。この図４では、ＡＭ駆動バックプレーンの回路構成を分かり易く示すために、トランジスタ１１を画素電極７の横に配置したが、実際にはトランジスタ１１は画素電極７の下に配置される（図５参照）。

図４に示すように、ＡＭ駆動バックプレーンは、マトリクス状に配置された画素電極７およびトランジスタ１１に加えて、列選択駆動部８と、行選択駆動部９と、複数のゲート接続電極１５ｃと、複数のソース接続電極１５ｄと、を備えている。
列選択駆動部８は、垂直方向（列方向）に伸びた形状のゲートドライバ回路であって、水平方向（行方向）に伸びたゲート接続電極１５ｃに対してゲート駆動信号を出力することで、トランジスタ１１をオン状態にする。
行選択駆動部９は、水平方向（行方向）に伸びた形状のソースドライバ回路であって、垂直方向（列方向）に伸びたソース接続電極１５ｄに電源を供給する。

列選択駆動部８がゲート接続電極１５ｃのいずれかにゲート駆動信号を出力し、かつ、行選択駆動部９がソース接続電極１５ｄのいずれかに電源を供給することで、当該ゲート接続電極１５ｃとソース接続電極１５ｄとの交点に配置されるトランジスタ１１がオン状態になる。このとき、オン状態のトランジスタ１１のドレインに接続された画素電極７のみ、ソース接続電極１５ｄからの電源が供給される。一方、トランジスタ１１がオフ状態のとき、オフ状態のトランジスタ１１のドレインに接続された画素電極７と、ソース接続電極１５ｄとの間は、電気的に切断され、当該画素電極７は浮遊電位となる。

このようにＡＭ駆動バックプレーンは、動作させたい特定の画素に設けられたトランジスタ１１をオンにすることで、選択した画素電極７へソース接続電極１５ｄから電圧を印加し、それ以外の画素電極７を浮遊電位状態にする機能を持つ。例えば、特定の場所の１００画素を２．０Ｖで駆動させる場合、選択した画素電極７の電位は２．０Ｖとなり、他の画素電極７の電位は浮遊電位となる。この画素選択は、同時に１画素〜１０００画素まで選択可能である。

ただし、トランジスタ１１には耐電圧があり、それ以上の電圧を印加するとトランジスタ１１が損傷するおそれがある。そのため、必然的に、ＡＭ駆動バックプレーンへ印加できる電圧は、トランジスタ１１の耐電圧以下に制限される。
以下では、トランジスタ１１の耐電圧が例えば２．５Ｖであるものとして説明する。
この場合、ＡＭ駆動バックプレーンへ印加できる最大印加電圧は２．５Ｖとなる。

［液晶デバイスの動作］
液晶デバイス１２は、駆動装置１４から制御信号を受信すると、列選択駆動部８と行選択駆動部９のスイッチを入れ、トランジスタ１１をオンにする。これにより、オン状態のトランジスタ１１のドレインに接続された画素電極７のみに電圧が印加されるようになる。また、液晶の表示には白と黒の２値が存在する。白または黒の表示は、液晶に印加する電位差の符号を反転させることで制御ができる。液晶デバイス１２において、強誘電性液晶４は、図５に示すように、上部電極基板３と画素電極７とに挟まれている。上部電極基板３に印加する電圧と画素電極７に印加する電圧をそれぞれ調整することで、強誘電性液晶４は、白を表示する状態と、黒を表示する状態とのいずれかの状態を取るようになる。

詳細には、液晶デバイス１２において選択した画素（選択画素）を白表示するためには、上部電極基板３に印加する電圧を例えば０Ｖにすると共に、選択画素に対応した画素電極７に印加する電圧を例えば２．３Ｖにする。これによって、選択画素において、例えば上部電極基板３を基準にして画素電極７との間に＋２．３Ｖの電位差を受けた強誘電性液晶４の液晶分子は、白表示となる位置まで回転する。ただし、電源を切ると、強誘電性液晶４の液晶分子は、元の位置に戻る。
一方、選択画素を黒表示するためには、上部電極基板３に印加する電圧を例えば２．３Ｖにすると共に、選択画素に対応した画素電極７に印加する電圧を例えば０Ｖにする。これによって、選択画素において、例えば上部電極基板３を基準にして画素電極７との間に−２．３Ｖの電位差を受けた強誘電性液晶４の液晶分子は、黒表示となる位置まで回転する。ただし、電源を切ると、強誘電性液晶４の液晶分子は、元の位置に戻る。

液晶デバイス１２は、駆動装置１４から制御信号を受けて、所定の画像を表示する。
液晶デバイス１２は、表示するホログラムパターンを次々に書き換えることで動画表示も行うことができる。液晶デバイス１２は、最初の1枚目の画像を表示する前や、1枚目以降の画像を表示した後に、液晶デバイス１２の表示色を一様に揃える初期化を行う。以下では、表示色を白黒２値のうちの黒色に揃えることとして説明する。

［実験］
本願発明者らは、以下の実験を行うことで、液晶デバイス１２の表示色を黒色に揃える初期化を素早く行う表示色初期化方法に想到した。
デバイスを使用した実験を行う前に、予備的に２つのシミュレーションを行って、画素ピッチを従来よりも小さくすることによる電位分布の影響を確認した。
＜第１シミュレーション＞
図６（ａ）は、下部電極として配置される複数の画素電極と上部電極を含む一断面において、複数の画素電極が１０μｍの長さに亘って並ぶ微小領域のシミュレーション結果を示している。この微小領域には、下部電極として配置される複数の画素電極５４，５５，５６から、０．７μｍ離間させて上部電極７０が配置されている。そして、上部電極７０の全体に０Ｖの電圧を印加しつつ、ＡＭ駆動バックプレーンへ印加できる最大印加電圧以下の所定電圧を１つの選択画素（例えば画素電極５５）にだけ印加し、各画素電極と上部電極との間の電位分布を計算した。ここでは、電位分布を等電位線および濃淡で示している。このときの計算条件は、画素ピッチＰ１が５μｍであり、画素電極５５に印加する電圧が２．３Ｖであり、画素電極５４，５６は浮遊電位であるものとした。

＜第２シミュレーション＞
図６（ｂ）は、図６（ａ）と同様に複数の画素電極が１０μｍの長さに亘って並ぶ微小領域のシミュレーション結果を示している。第２シミュレーションは、計算条件が第１シミュレーションと異なっている。このときの計算条件は、画素ピッチＰ２が１μｍであり、画素電極５５に印加する電圧が２．３Ｖであり、画素電極５１〜５４，５６〜６０は浮遊電位であるものとした。

＜シミュレーション結果＞
第１シミュレーションの結果、２．３Ｖの電圧が印加された画素電極５５の両隣にある画素電極５４，５６の電位は、ほぼ０Ｖであった。つまり、画素電極５４，５６には、隣の画素電極５５による電界の影響がほとんど見られなかった。
第２シミュレーションの結果、２．３Ｖの電圧が印加された画素電極５５の両隣にある画素電極５４，５６の電位は、ほぼ１．５Ｖであった。つまり、画素電極５４，５６には、隣の画素電極５５からの漏れ電界の影響が見られた。
２つのシミュレーションの結果は対照的であり、従来の画素ピッチに相当する５μｍ画素ピッチの場合、選択画素に隣接する画素に漏れる電界の影響は無視できることを確認した。一方、従来よりも小さくホログラフィー方式に好適な１μｍ画素ピッチの場合、選択画素に隣接する画素に漏れる電界の影響が従来よりも顕著になり、選択画素だけでなく隣接画素においても液晶分子の反転動作が起こる可能性が高いことが強く示唆されることを確認した。

各シミュレーションでは、０Ｖの電圧を上部電極７０に印加した。これに対し、本実施形態およびデバイスを用いた実験では、０Ｖの電圧を画素電極（下部電極）に印加する。
以下、実験について説明する。
（実験条件）
実験で用いた液晶デバイス１２において、下部電極基板５は、１画素１μｍ×２μｍピッチで１００００×１００００画素数を有し、トランジスタ１１の耐電圧は２．５Ｖであった。また、強誘電性液晶４の厚み（スペーサー１０の高さ）は１μｍであった。
（実験方法）
例えば選択画素を黒表示するためには、上部電極基板３に印加する電圧を２．３Ｖにすると共に、選択画素に対応した画素電極７に印加する電圧を０Ｖにすればよい。このときに、実験では、選択画素に対応した画素電極７に印加する電圧を０Ｖに保ったまま、上部電極基板３に印加する電圧を、トランジスタ１１の耐電圧よりも大きな高電圧（３Ｖ以上）とした。

（実験結果）
実験において、選択画素に対応した画素電極７に印加する電圧を０Ｖとして、上部電極基板３に３Ｖ以上の高電圧を印加すると、選択画素を中心に周囲の画素を含む広い領域で、強誘電性液晶４の液晶分子は、黒表示となる位置まで回転した。つまり、選択画素を中心に周囲の画素を含む広い領域が黒表示の状態となる現象が起きた。
選択画素以外の画素においては画素電極７が浮遊電位となっているにもかかわらず、このような現象が起きるのは、選択画素に隣接する画素に漏れる電界の影響が顕著になるためであると考えられる。すなわち、選択画素において、画素電極７上の液晶分子が反転すると、選択画素からの電界の影響が及ぶ周辺画素においても、選択画素につられて液晶分子が反転し、広い領域で黒表示の状態になると考えられる。なお、黒表示の状態となる広い領域の大きさは、選択画素に対応した画素電極７に印加する電圧と、上部電極基板３に印加する電圧と、の差に応じて変化したり、強誘電性液晶４の厚みに応じて変化したりすると考えられる。

このように選択画素を中心に周囲の画素を含む広い領域が黒表示になった後、電圧を切ると、選択画素を中心に周囲の画素を含む領域において、強誘電性液晶４の液晶分子は、元の位置に戻らずに、黒表示の状態を保持した。このように、上部電極基板３に高電圧を印加すると選択画素を中心とした領域が黒く反転し、その状態を保持する現象を、デバイスの表示初期化と呼ぶ。また、上部電極基板３に印加する電圧値を第１電圧値という。
この後、選択画素を白表示にする目的で、上部電極基板３に印加する電圧を０Ｖにすると共に、選択画素に対応した画素電極７に印加する電圧を２．３Ｖにした。これにより、選択画素において、＋２．３Ｖの電位差を受けた強誘電性液晶４の液晶分子は、白表示となる位置まで回転した。さらに、電源を切っても、選択画素は、白を表示する状態を保持した。なお、選択画素を除く広い領域が黒表示の状態を保持していた。

［液晶デバイスの表示色初期化方法］
そこで、本実施形態に係る液晶デバイスの表示色初期化方法は、液晶デバイス１２の表示色を一様に揃える初期化を行うために、画素選択ステップと、電圧印加ステップと、を行うこととした。
画素選択ステップは、マトリクス状に配置されるすべての画素電極７のうちの一部の予め定められた代表の画素電極７を選択する工程である。液晶デバイス１２は、例えば駆動装置１４から制御信号を受けて画素選択ステップを実行する。

電圧印加ステップは、所定の第１電圧値を上部電極基板３に印加しながら、選択された画素電極７に接地電圧を印加する工程である。ここで、第１電圧値は、トランジスタ１１の耐電圧値より大きな値である。第１電圧値は、選択された画素電極７および当該画素電極７に隣接する画素電極７による表示色を黒色に揃えることができるように、予め実験を行って決定するようにしてもよい。第１電圧値は、例えばトランジスタ１１の耐電圧や強誘電性液晶４の厚み（スペーサー１０の高さ）に応じて適宜設定してもよい。例えばトランジスタ１１の耐電圧が２．５Ｖで、強誘電性液晶４の厚みが１μｍであれば、第１電圧値はトランジスタ１１の耐電圧値の２倍以上、すなわち５Ｖ以上でも構わない。
なお、液晶デバイス１２の上部電極基板３には、駆動装置１４から電源を供給する電源ケーブルが接続されており、駆動装置１４は、電圧印加ステップを実行する。

［初期化が行われる領域の具体例］
初期化が行われる領域の一例を図７に示す。図７では、選択された画素電極７のことを画素電極１７と表記する。中央の画素電極１７に高電圧を印加することで、選択画素に隣接する周囲の画素を含む初期化領域１６において、強誘電性液晶４の液晶分子は、黒表示となる位置まで回転した。
前記実験条件では、直径１００μｍの円形領域において、強誘電性液晶４の液晶分子は、黒表示となる位置まで回転した。１画素１μｍ×２μｍピッチであったことから、概ね１００×５０個の画素において同時に黒表示の状態とすることができた。
したがって、１００００×１００００画素数の画素群領域６において、比較的広い範囲を初期化したい場合、画素１つ１つに初期化用の動作を行う必要はない。この場合、選択画素１７を数十μｍおきに選択する画素選択ステップと電圧印加ステップとを実行することで、選択画素１７ごとに、直径１００μｍの円形領域の初期化を行うことができる。

図８は、図７の初期化領域１６の模式的な断面図であり、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に対応する断面図である。図８に示すように、下部電極基板５は、接地電圧（０Ｖ）を印加する配線と画素電極７とを接続すること、および、接地電圧（０Ｖ）を印加する配線と画素電極７との接続を解除することを、画素電極７ごとに切り替えられるように設けられている。なお、図８では、トランジスタ１１のオン状態とオフ状態とが直感的に分かるように、トランジスタ１１をスイッチで表した。
ここでは、電圧印加ステップにおいて、上部電極基板３に第１電圧値Ｖ１の電圧を印加しながら、選択された代表の画素電極１７を駆動するトランジスタ１１ａを、接地電圧（０Ｖ）を印加する配線と画素電極７とを接続するように切り替え、かつ、代表以外の画素電極７を駆動する他のトランジスタ１１を、接地電圧（０Ｖ）を印加する配線と画素電極７との接続を解除するように切り替えている。第１電圧値Ｖ１は、例えば３．０Ｖ以上とする。
図示するように、選択画素において、画素電極１７をトランジスタ１１ａおよびソース接続電極１５ｄを介して接地させている。また、選択画素以外において、画素電極７の電位を浮遊電位としている。このとき、選択画素において、画素電極１７上の液晶分子は、例えば３．０Ｖの電位差を受け、初期化される。そして、選択画素の周辺に配置された周辺画素において、画素電極７上の液晶分子も、つられて初期化され、広域で初期化が起こる。

図８に示す下部電極基板５の各トランジスタ１１の接続例を図９に示す。図９は、図８に示す下部電極基板５の画素電極１７の近傍を上面視した模式図である。ここでは、トランジスタ１１は、一例としてＮチャネル型のトランジスタであるものとしている。列選択駆動部８は、駆動装置１４（図１参照）からの制御信号に応じて、ゲート電圧Ｖｇを印加するためのゲート入力端子Ｇ１〜Ｇ３が、ゲート接続電極１５ｃを介して各行のトランジスタ１１のゲートに接続可能に構成されている。行選択駆動部９は、駆動装置１４（図１参照）からの制御信号に応じて、ソース入力端子Ｓ１〜Ｓ３が、ソース接続電極１５ｄを介して各列のトランジスタ１１のソースに接続可能に構成されている。

図９に示すように、トランジスタ１１のドレインは、画素電極７に接続されている。説明上、オン状態のトランジスタ１１ａのドレインが、ハッチングで示す画素電極１７に接続されており、また、オフ状態のトランジスタ１１ｂのドレインが、画素電極１８に接続されていることとした。図示するように、列選択駆動部８は、ゲート入力端子Ｇ１〜Ｇ３のいずれか（例えばＧ２）がゲート接続電極１５ｃと接続（ＯＮ）するようにスイッチを切り替え、また、行選択駆動部９は、ソース入力端子Ｓ１〜Ｓ３のいずれか（例えばＳ２）がソース接続電極１５ｄと接続（ＯＮ）するようにスイッチを切り替える。このとき、ＯＮ状態のゲート接続電極１５ｃとＯＮ状態のソース接続電極１５ｄとの交点の画素３０に配置された画素電極１７にのみ接地電圧を印加することができる。したがって、下部電極基板５の各トランジスタ１１を上記のように接続することで、図７および図８に示すような、初期化領域１６を実現できる。

初期化が行われる領域は、より狭い領域であってもよい。そのような初期化が行われる他の例を図１０に示す。図１０は、図８に対応した模式的な断面図である。図１０に示すように、下部電極基板５は、第２電圧値Ｖ２を印加する配線と画素電極７とを接続すること、および、接地電圧（０Ｖ）を印加する配線と画素電極７とを接続することを、画素電極７ごとに切り替えられるように設けられている。ここで、第２電圧値Ｖ２は、トランジスタの耐電圧値より小さくかつ第１電圧値Ｖ１との差がトランジスタの耐電圧値より小さな電圧値のことである。図１０に示すスイッチング素子２１は、第２電圧値Ｖ２を印加する配線である第２ソース接続電極１５ｆ、および、接地電圧（０Ｖ）を印加する配線であるソース接続電極１５ｄのいずれか一方に対して、画素電極７を接続できるスイッチである。

ここでは、電圧印加ステップにおいて、上部電極基板３に第１電圧値Ｖ１の電圧を印加しながら、選択された代表の画素電極１７を駆動するスイッチング素子２１を、接地電圧（０Ｖ）を印加する配線であるソース接続電極１５ｄと画素電極１７とを接続するように切り替えることで、画素電極１７を接地させる。また、他のスイッチング素子２１を、第２電圧値Ｖ２を印加する配線である第２ソース接続電極１５ｆと画素電極７とを接続するように切り替えている。第１電圧値Ｖ１は、例えば３．０Ｖ以上とする。第１電圧値Ｖ１が３Ｖで、トランジスタの耐電圧が２．５Ｖならば、第２電圧値Ｖ２は、１．０Ｖ〜２．０Ｖ程度とする。このとき、選択画素において、画素電極１７上の液晶分子は、例えば３．０Ｖの電位差を受け、黒表示となる位置まで回転する。一方、選択画素の周辺に配置された周辺画素において、画素電極７上の液晶分子が受ける電位差（Ｖ１−Ｖ２）は、１．０〜２．０Ｖ程度である。この電圧値は、強誘電性液晶４の液晶分子が、黒表示となる位置まで回転するときに必要な閾値電圧（例えば２．３Ｖ）より小さいので、周辺の画素においては、画素電極７上の液晶分子は、反転しない。したがって、選択された画素電極１７を含む初期化領域１６が狭くなる。この方法は、数画素など狭域の初期化に好適である。

図１０に示す下部電極基板５の各スイッチング素子２１の接続例を図１１に示す。図１１は、図１０に示す下部電極基板５の画素電極１７の近傍を上面視した模式図である。ここでは、図１０に示すスイッチング素子２１が、一例としてＮチャネル型のトランジスタ２１ａ，２１ｂで構成されるものとしている。
列選択駆動部８は、駆動装置１４（図１参照）からの制御信号に応じて、ゲート電圧Ｖｇを印加するためのゲート入力端子Ｇ１〜Ｇ３が、ゲート接続電極１５ｃを介して各行のトランジスタ１１のゲートに接続可能に構成されている。また、列選択駆動部８は、駆動装置１４（図１参照）からの制御信号に応じて、ゲート電圧Ｖｇを印加するための第２ゲート入力端子Ｇ１ｂ〜Ｇ３ｂが、第２ゲート接続電極１５ｅを介して各行のトランジスタ２１ｂのゲートに接続可能に構成されている。
行選択駆動部９は、駆動装置１４（図１参照）からの制御信号に応じて、ソース入力端子Ｓ１〜Ｓ３が、ソース接続電極１５ｄを介して各列のトランジスタ１１のソースに接続可能に構成されている。また、行選択駆動部９は、駆動装置１４（図１参照）からの制御信号に応じて、第２電圧値Ｖ２の電圧を印加するための第２ソース入力端子Ｓ１ｂ〜Ｓ３ｂが、第２ソース接続電極１５ｆを介して各列のトランジスタ２１ｂのソースに接続可能に構成されている。

図１１に示すように、画素４０において、トランジスタ２１ａ，２１ｂのドレインは、画素電極７に接続されている。なお、選択された画素電極１７をハッチングで示す。図示するように、列選択駆動部８は、ゲート入力端子Ｇ１〜Ｇ３がゲート接続電極１５ｃと接続（ＯＮ）するようにスイッチを切り替え、また、第２ゲート入力端子Ｇ１ｂ〜Ｇ３ｂが第２ゲート接続電極１５ｅと接続（ＯＮ）するようにスイッチを切り替える。
また、行選択駆動部９は、ソース入力端子Ｓ１〜Ｓ３のいずれか（例えばＳ２）がソース接続電極１５ｄと接続（ＯＮ）するようにスイッチを切り替え、第２ソース入力端子Ｓ１ｂ〜Ｓ３ｂのいずれか（例えばＳ２ｂ）が第２ソース接続電極１５ｆと切断（ＯＦＦ）するようにスイッチを切り替える。
このとき、ＯＮ状態のソース接続電極１５ｄに接続された画素電極１７に接地電圧を印加し、かつ、ＯＮ状態の第２ソース接続電極１５ｆに接続された画素電極７に第２電圧値（Ｖ２）の電圧を印加することができる。したがって、下部電極基板５の各トランジスタ２１ａ，２１ｂを上記のように接続することで、図１０に示すような、初期化領域１６を実現できる。なお、図１１では、２つのトランジスタ２１ａ，２１ｂを同じ平面内に配置したが、上下に配置、すなわち下部電極基板５の厚み方向に配置してもよい。

［変形例］
前記実施形態に係る液晶デバイスの表示色初期化方法において、図８に示す初期化領域と図１０に示す初期化領域とを別々に説明したが、画素群領域６の広域を初期化する場合は図８の初期化を用い、数画素の初期化など狭域での初期化は図１０を用いるなど併用することもできる。その場合、効率的に短時間で画素群領域６の全体を初期化することも可能である。

また、前記実施形態では、液晶デバイスを黒色に初期化するものとして説明したが、初期化によって揃える液晶デバイスの表示色は、白黒２値のうちの予め定められた一方の色であればよく、白色であっても構わない。
また、スイッチング素子がＮチャネル型のトランジスタで構成されるものとして説明したが、Ｐチャネル型のトランジスタであっても構わない。

また、図１では、実験に用いた試作機の形態で液晶デバイス１２を図示したが、本発明は、この構造に限定されるものではない。例えば駆動装置１４は、爪状のプローブ１３が、液晶デバイス１２のボンディングパッド２に接合される形態に限るものではない。例えばプリント配線基板上に、液晶デバイス１２や、駆動装置１４を設置して、駆動装置１４からのフレキシブルケーブルを異方性導電膜等で、液晶デバイス１２の端子部に圧着するようにしてもよい。さらに、駆動装置の各機能を組み込んだ液晶デバイスを用いてもよい。

以上、本発明の実施形態に係る液晶デバイスの表示色初期化方法について説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変などしたものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。

１ 導線
２ ボンディングパッド
３ 上部電極基板
４ 強誘電性液晶
５ 下部電極基板
６ 画素群領域
７，１７，１８ 画素電極
８ 列選択駆動部
９ 行選択駆動部
１０ スペーサー
１１，１１ａ，１１ｂ トランジスタ（スイッチング素子）
１２ 液晶デバイス
１３ プローブ
１４ 駆動装置
１５ｃ ゲート接続電極
１５ｄ ソース接続電極
１５ｅ 第２ゲート接続電極
１５ｆ 第２ソース接続電極
１６ 初期化領域
２１ スイッチング素子
２１ａ，２１ｂ トランジスタ
３０，４０ 画素
Ｖ１ 第１電圧値
Ｖ２ 第２電圧値

Claims (8)

1. マトリクス状に配置される複数の画素電極と前記画素電極をそれぞれ駆動するスイッチング素子とが形成される下部電極基板と、前記下部電極基板に対向する透明電極が透光性基板に形成された上部電極基板と、前記下部電極基板と前記上部電極基板との間に封入された強誘電性液晶とを備える液晶デバイスの表示色を一様に揃える初期化を行う液晶デバイスの表示色初期化方法であって、
   前記マトリクス状に配置されるすべての画素電極のうちの一部の予め定められた代表の画素電極を選択する画素選択ステップと、
   前記スイッチング素子の耐電圧値より大きな第１電圧値を前記上部電極基板に印加しながら選択された画素電極に接地電圧を印加することで、前記選択された画素電極および当該画素電極に隣接する画素電極による表示色を白黒２値のうちの予め定められた一方の色に揃える電圧印加ステップと、を行う液晶デバイスの表示色初期化方法。
2. 前記下部電極基板は、接地電圧を印加する配線と前記画素電極とを接続すること、および、前記接地電圧を印加する配線と前記画素電極との接続を解除することを、前記画素電極ごとに切り替えられるように設けられており、
   前記電圧印加ステップにおいて、前記代表の画素電極を駆動するスイッチング素子を、前記接地電圧を印加する配線と前記画素電極とを接続するように切り替え、かつ、他のスイッチング素子を、前記接地電圧を印加する配線と前記画素電極との接続を解除するように切り替える、請求項１に記載の液晶デバイスの表示色初期化方法。
3. 前記下部電極基板は、前記スイッチング素子の耐電圧値より小さくかつ前記第１電圧値との差が前記スイッチング素子の耐電圧値より小さな第２電圧値を印加する配線と前記画素電極とを接続すること、および、接地電圧を印加する配線と前記画素電極とを接続することを、前記画素電極ごとに切り替えられるように設けられており、
   前記電圧印加ステップにおいて、前記代表の画素電極を駆動するスイッチング素子を、前記接地電圧を印加する配線と前記画素電極とを接続するように切り替え、かつ、他のスイッチング素子を、前記第２電圧値を印加する配線と前記画素電極とを接続するように切り替える、請求項１に記載の液晶デバイスの表示色初期化方法。
4. 前記液晶デバイスの前記下部電極基板には、前記画素電極が１μｍ以下のピッチで配置される請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の液晶デバイスの表示色初期化方法。
5. 前記下部電極基板と前記上部電極基板との間に封入された前記強誘電性液晶の厚みは１μｍ以下である請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の液晶デバイスの表示色初期化方法。
6. 前記第１電圧値は、前記スイッチング素子の耐電圧値の２倍以上である請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の液晶デバイスの表示色初期化方法。
7. 前記液晶デバイスは、駆動装置から制御信号を受けて前記画素選択ステップを実行する請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の液晶デバイスの表示色初期化方法。
8. 前記液晶デバイスの前記上部電極基板には、前記駆動装置から電源を供給する電源ケーブルが接続されており、前記駆動装置は、前記電圧印加ステップを実行する請求項７に記載の液晶デバイスの表示色初期化方法。